葛堅小組育成「猴鼠」 為人工培育再生器官打下基礎

2021-01-12 科學網
葛堅小組育成「猴鼠」 為人工培育再生器官打下基礎 部分研究成果即將發表於《國際細胞生物學》

 

動物體內有望培育出人體器官!屆時,那些被疾病「損壞」而不可修復的器官,將可用這些「特製」的器官來替換,不治之症或成歷史。

 

這一構想似乎匪夷所思,但如今,它已初現端倪。2006年6月,12隻「猴鼠」在中山大學中山眼科中心成功誕下,它們的降生,意味著幹細胞研究及人工器官構建研究技術平臺的成功建立,同時為人工培育再生細胞、組織和器官打下了堅實的基礎,這一課題的部分研究成果即將在《國際細胞生物學》(Cell Biology International)雜誌上發表。

 

近日,記者來到中山大學中山眼科中心的國家重點實驗室,對課題組負責人、中山大學中山眼科中心主任葛堅教授等專家進行採訪,揭開「猴鼠」的「身世」。

 

如果用人的細胞與動物胚胎組織成一個新的個體,想辦法將器官中的動物細胞殺滅,讓人的細胞得以保留,我們便可製造出人的器官了。——葛堅教授

 

「猴鼠」長啥樣

還是鼠樣,只是體態略大,攜帶猴基因

 

把猴子的體細胞注入老鼠的胚胎,生出來的老鼠會是什麼模樣?在中山大學中山眼科中心的國家重點實驗室裡,這隻體型略大、外表並無異常的「猴鼠嵌合體小鼠」在工作人員的精心照顧下,已經度過了兩歲的生日。工作人員告訴記者,這隻僅存的「寶貝」已算得上是個壽星了,因為與普通小鼠兩年的平均壽命相比,它已是很長壽的了。

 

2006年6月,它與另外11隻「猴鼠」先後降生,實驗組的研究人員歡欣不已,「幾乎是在我們想放棄的時候,它成功誕生了!」課題負責人、中心主任葛堅教授提起當時的一幕仍有興奮。「猴鼠嵌合體小鼠」的成功培育,意味著建立了一個幹細胞研究以及人工器官構建研究的技術平臺。

 

令人更為高興的是,研究人員在這些「猴鼠」體內,檢測出了雄性恆河猴基因,它們分別分布於「猴鼠」的角膜、視網膜、皮膚、肝臟、血液、神經系統等組織中,在存活較久的兩隻小鼠中,皮膚和血液中都發現了猴基因。葛堅教授透露,這一課題的部分研究成果即將在《國際細胞生物學》(Cell Biology International)雜誌上發表。

 

探索再生器官

用人做實驗面臨倫理問題,而猴子是最接近人類的靈長類動物

 

「猴鼠」的誕生為何讓研究人員如此興奮?「猴鼠」體內猴基因的發現又意味著什麼?

 

葛堅教授打了一個比方:如果將人比做一臺機器,組成這臺機器的零件就是各種組織器官。當某個零件出現故障後,解決的方法有兩種,一是修理該零件;但如果無法修復,則要將其去掉,用新的零件取代之。第二種方法體現在醫學領域就是通常所說的「組織工程學」。

 

就眼科領域而言,有些疾病導致的「零件故障」是無法修復的,如青光眼導致的視網膜神經節細胞損傷,視網膜色素變性引起的感光細胞損傷,角膜疾病導致角膜上皮細胞大量丟失等。這些細胞死亡丟失後,如果不能由新生的同種細胞替代,則可能引起嚴重的後果,甚至導致失明。

 

「如果用人的細胞與動物胚胎組織成一個新的個體,想辦法將器官中的動物細胞殺滅,讓人的細胞得以保留,我們便可製造出人的器官了。」葛堅教授說,這也是課題組選擇恆河猴來做實驗的原因,因為猴子代表了靈長類動物,在目前用人做實驗面臨倫理問題的情況下,猴子是最接近人類的一種動物。

 

由此便不難看出「猴鼠」的誕生的重大意義,它成功建立了一個幹細胞研究及人工器官構建研究的技術平臺,為人工培育再生細胞、組織和器官打下了堅實的基礎,同時對青光眼、糖尿病、老年痴呆等人類疑難雜症的發病機理和防治的研究,提供了新的思路。

 

「猴鼠」如何「雜交」

把猴的體細胞注入小鼠胚胎,並移植進代孕母鼠的子宮

 

然而,「猴鼠」的誕生一波三折。

 

「早在2001年,研究思路就已經有了,但真正開始行動是2005年下半年,期間花了一兩年的時間進行實驗室準備工作。」課題組的黃冰教授告訴記者,這個項目共有6人參與,除了她和項目負責人葛堅教授,還有江儒章、孫雪榮、陳夢飛、高楠等四位在讀博士研究生。研究人員選擇了昆明小鼠和BALB/C兩種小鼠進行實驗,它們交配後得到小鼠胚胎。正常情況下,昆明小鼠每次排卵10多個,BALB/C小鼠每次排卵僅有五六個,為了獲得更多的胚胎,實驗小鼠需要進行超排。「我們在46至48小時內,為它們注射兩種激素,這樣可以使它們的排卵數增加了20至30個,超排後的小母鼠便可與小公鼠合籠了。」課題組成員江儒章花費了頗多精力來管理這些小傢伙,比如計算小鼠受精的時間,因為胚胎要在一定的時間內取出,進行下一步實驗。「小鼠交配後會形成陰栓,根據它可以判斷胚胎的發育時間。」

 

當胚胎發育到三至五天時,它們被衝卵針從母體子宮中衝洗出來,浸泡在衝卵液中的胚胎得以繼續存活,這些尚未成形的小生命還處於囊胚期,在顯微鏡下看到的是由受精卵分裂出來的數十個細胞,胚胎的直觀性很好,可以看到成活胚胎的特殊結構。

 

就在小鼠胚胎孕育、取出的同時,研究人員需要同步進行恆河猴表皮幹細胞的體外培養。研究人員將恆河猴麻醉後,在其胸背取下一塊1平方釐米的皮膚,這塊皮膚經過七至十天的體外培養後,會像變魔術般越來越大,「我們會把它放在細胞培養液裡,分成好幾個瓶子儲存,一時用不完還可以冷凍保存。」

 

分選出來的恆河猴表皮幹細胞將被注射進小鼠的胚胎,這個構建猴鼠嵌合體的工作極其精細與複雜,常令研究人員日以繼夜地加班。

 

在顯微鏡下將帶有恆河猴體細胞的注射針頭插入小鼠胚胎的囊腔內,需極其小心,要避免小鼠胚胎被針頭刺穿,同時防止操作時受到細菌的汙染,細菌的存在,會消耗掉胚胎的營養,細菌釋放的毒素也會殺死脆弱的胚胎。

 

即使注射成功,也並不意味著猴鼠胚胎的嵌合成功。有些脆弱的嵌合胚胎很快會「夭折」掉,經過2至16小時的培養,能頑強存活下來的嵌合細胞會重新形成囊腔,這時,它們會被移植進代孕母鼠的子宮內,這一過程有些類似於人類的「試管嬰兒」。

 

批「猴鼠」剖腹產

一路闖關,三隻「猴鼠」只活下來一隻

 

「接下來,所有人的眼光都集中到了代孕鼠的肚子上。」黃冰教授回憶,有時候移植進胚胎後,母鼠的肚子卻遲遲不見大,有時候「大」了一段時間又突然發生流產,課題組的研究人員的心情也隨之起起落落。

 

即將畢業的博士研究生江儒章最為緊張。如果母鼠不能成功懷孕,研究無法獲得進展,他的畢業論文也就無法完成。「那時,我發現江儒章已開始悄悄準備另外的研究方向了。」黃冰教授說,那時候大家的壓力可想而知。

 

「猴鼠」要成功降生,一路要闖過的關口頗多:經過嵌合程序後,胚胎的活力受到影響,加上移植手術不可避免地對母鼠造成損傷,導致母鼠容易發生流產。同時,猴子和小鼠屬於兩個物種,如果猴子的幹細胞跑到小鼠胚胎的外圍著床,代養母鼠便會發生免疫排斥反應,滅掉這個胚胎。

 

屢次失敗後,研究人員不免開始懷疑,這隻「猴鼠」到底能不能成功降生?然而,就在大家快要放棄的時候,轉機出現了!

 

2006年6月,在對第一批懷孕母鼠剖腹產後,三隻「猴鼠」降生。儘管這三隻「猴鼠」最終只存活下來一隻,但卻宣告了一個重大成功,在爾後的時間裡,陸續又有9隻「猴鼠」誕下,最終有三隻長時間存活。這些身世特殊的小傢伙,外表看起來並無異樣,只是體形比一般的小鼠大了三分之一左右,但身體中所含的基因卻絕不平常。

 

前景看上去很美

動物體內有望培育出人體器官,對付人類疑難雜症

 

據悉,目前國外的相關研究也取得了相當進展:2008年,英國人工授精與胚胎學管理局正式批准兩個研究小組培育用於研究的人獸混合胚胎。此前,有報導稱美國內華達大學教授伊斯梅爾·贊賈尼利用向綿羊胚胎注射人體幹細胞的技術,成功培育出一隻含有15%人體細胞的綿羊。「猴鼠」的誕生使國內幹細胞研究達到了國際先進水平。

 

葛堅教授為這一課題的成功感到欣慰。幾隻看似平常「猴鼠」,為醫學戰勝不治之症帶來了希望,實驗的成功也為科學家們展開了一幅美好的遠景:通過這一實驗,我們成功「製造」出了帶有猴基因的小鼠,如果研究再進一步,人們可以通過特殊的藥物將小鼠的細胞消滅,使猴的細胞代償性增殖,就意味著從小鼠身上培育出了猴的器官。

 

如果研究再進一步深入,人們完全有可能通過這樣的方法,在動物身上製造出人的器官,屆時,不僅僅是青光眼之類的致盲性眼病,人類的很多不治之症,都有希望通過這種「人工器官」被成功治癒。

 

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